entendement

Le cerveau humain, on l'a dit, est la structure la plus complexe de l'univers et, pour apprécier cela, il suffit de regarder quelques chiffres. Le cerveau est constitué de cent milliards de cellules nerveuses ou "neurones", qui sont les unités structurelles et fonctionnelles de base du système nerveux. Chaque neurone a quelque chose comme mille à dix mille contacts avec d'autres neurones et ces points de contact s'appellent synapses, là où se produit l'échange d'informations. Sur la base de cette information, quelqu'un a calculé que le nombre de permutations possibles donc de combinaisons de l'activité cérébrale, en d'autres termes, le nombre d'états du cerveau, dépasse le nombre de particules élémentaires dans l'univers connu.

Auteur: Ramachandran Vilayanur S.

Info:

[ ouverture ] [ intrications ]

hyper-complexité

Chaque cellule nerveuse reçoit des connexions d'autres cellules nerveuses à six endroits appelés synapses. Mais voici un fait étonnant : il y a environ un million de milliards de connexions dans le tissu cortical. Si vous deviez les compter, à raison d'une connexion (ou synapse) par seconde, vous auriez fini de compter quelque trente-deux millions d'années après avoir commencé. Une autre façon de se faire une idée du nombre de connexions dans cette structure extraordinaire est de considérer qu'une grosse tête d'allumette de votre cerveau contient environ un milliard de connexions. Remarquez que je n'ai fait que compter les connexions. Si l'on considère la manière dont les connexions peuvent être combinées de diverses manières, le nombre serait hyperastronomique - de l'ordre de dix suivi de millions de zéros. (Il y a environ dix suivis de quatre-vingts zéros de particules chargées positivement dans tout l'univers connu !)

Auteur: Edelman Gerald Maurice

Info: Bright and Brilliant Fire, On the Matters of the Mind (1992), 17

[ cervelle ]

inné-acquis

Les soldats inconnus, les clandestins de notre corps existent. Tout n’est pas écrit et donc déchiffrable, donc classifiable. Ce sont les expériences, les événements, les enseignements qui peuvent modifier la plasticité du génome, nous faire décider de devenir poètes, ingénieurs ou clochards. Ils donnent une forme aux "tendances". Tes romans, ou mes recherches, ne sont pas et n’étaient pas écrits dans notre ADN. Mais durant notre adolescence et notre jeunesse, la période au cours de laquelle se développent les connexions neuronales, les synapses, tout ce qui nous est arrivé, nos expériences, ce que nous avons mangé, vomi ou respiré, a donné une forme unique à notre génome – grâce à son extraordinaire plasticité. Nous sommes l’effet de deux causes associées, entremêlées : la rencontre de ces deux mètres d’ADN et de ce que nous avons vécu dans cette Naples qui nous rapproche. Ce qu’il y à comprendre, encore à découvrir, c’est dans quelle proportion les deux causes contribuent à ce que nous sommes. Et comment.

Auteur: Sassone-Corsi Paolo

Info: In Le cas du Hasard avec Erri De Luca

[ ascendants ] [ génétique ] [ épigénétique ]

neuroscience

La potentialisation à long terme (PLT - ou LTP, Long-Term Potentiation) est un processus qui se produit dans le cerveau et qui est associé au renforcement des connexions entre les neurones, qui sont les cellules responsables de la transmission des informations dans le cerveau. La PLT est considérée comme l'un des mécanismes fondamentaux de l'apprentissage et de la formation de la mémoire. 

Elle se produit selon ce processus.

1 Les neurones du cerveau communiquent entre eux par l'intermédiaire de connexions spécialisées appelées synapses. Ces synapses sont constituées d'un neurone présynaptique (neurone émetteur) et d'un neurone postsynaptique (neurone récepteur).

2 Lorsque ces neurones s'activent ensemble de manière répétée et cohérente, ils déclenchent un processus de plasticité synaptique, en particulier le PLT. Cela se produit généralement lors d'une stimulation à haute fréquence du neurone présynaptique.

3 Au cours de la PLT, certains changements se produisent au niveau de la synapse. L'un des principaux changements est l'augmentation de la force de la connexion synaptique. Cela signifie que le neurone postsynaptique devient plus sensible aux signaux du neurone présynaptique.

4 On pense que l'augmentation de la force de la synapse est due à différents mécanismes, notamment une augmentation de la libération de neurotransmetteurs (messagers chimiques) par le neurone présynaptique et des changements dans la réactivité des récepteurs sur le neurone postsynaptique.

5 Ces changements entraînent une transmission plus efficace des signaux entre les neurones, ce qui facilite la communication entre eux. Cette communication améliorée entre les neurones serait à la base de l'apprentissage et de la formation de nouveaux souvenirs.

Il doit être noté que le processus de PLT est complexe et qu'il implique divers événements moléculaires et cellulaires qui contribuent au renforcement des connexions entre les neurones, crucial pour apprendre et se souvenir.

Auteur: chatGPT4

Info: 27 juin 2023

[ capture synaptique ] [ mémorisation ] [ apprentissage ]

homme-machine

Elisa Vianello, chercheuse au CEA et coordinatrice du programme Edge AI, a reçu une subvention de 3 millions d'euros du Conseil européen de la recherche (ERC) dans le but de développer des dispositifs de mémoire sur silicium à l'échelle nanométrique inspirés du système nerveux des insectes. Un des objectifs de ce projet ambitieux est la mise au point de la toute première puce intelligente associée à un module neuronal local capable de traiter les données sensorielles en temps réel. Cette innovation trouve des applications dans la robotique grand public, les puces implantables pour le diagnostic médical et l'électronique portable.

La communauté de l'intelligence artificielle (IA) a récemment proposé de puissants algorithmes qui devraient permettre aux machines d'apprendre par l'expérience et d'interagir de manière autonome avec leur environnement. 

Toutefois, pour concrétiser cette ambition, des nanosystèmes dotés d'architectures de pointe de moins en moins énergivores, et dont la mémoire devra être à très haute densité, à haute résolution et dotée d’une endurance illimitée, doivent être mis en place. Si cette capacité n'existe pas encore aujourd'hui, le projet d’Elisa Vianello pourrait en ouvrir la voie : elle a découvert que différentes fonctions du système nerveux de l'insecte ressemblent étroitement aux fonctions assurées par les mémoires déterministes, probabilistes, volatiles et non volatiles.

"Comme la mémoire idéale n'existe pas aujourd'hui, le projet vise à construire une synapse hybride qui intègre différentes technologies de mémoire." Elle précise pour ce faire, s’être appuyée sur les grillons qui pour échapper à leurs prédateurs, "prennent des décisions justes à partir de données peu fiables, imprécises et lentes envoyées par leurs neurones et synapses. En examinant de près leur structure biologique, nous avons identifié une diversité de fonctions de type mémoire impliquées dans leurs systèmes sensoriels et nerveux. En combinant ces différentes fonctions, le système de traitement interne du criquet parvient à atteindre des performances remarquables et efficaces energétiquement." 

Elisa et son équipe fabriqueront des réseaux de dispositifs de mémoires physiques à l'échelle nanométrique avec l’objectif de traduire les principes biologiques des insectes en principes physiques. Ceci permettra l’apprentissage à partir d'un volume très limité de données bruitées, telles que les données mesurées en temps réel par différents capteurs (caméras, radars, capteurs cardiaques (ECG), capteurs musculaires (EMG), flux de bio-impédance et potentiellement aussi de signaux cérébraux par le biais de capteurs EEG et de sondes neuronales). 

"Les travaux d'Elisa permettront d’ouvrir de nouvelles perspectives de recherche vers des projets d’intelligence embarquée moins énergivore et capable d'apprendre en ligne", a déclaré Jean-René Lequepeys, directeur adjoint et technique du CEA-Leti, laboratoire duquel dépend Elisa Vianello. "Il s'agit d'une véritable rupture technologique et applicative qui combinera les derniers développements de la microélectronique en utilisant de nouvelles générations de mémoires non volatiles et en s'inspirant du monde vivant. Ce travail de recherche s'inscrit pleinement dans les priorités de l'institut et ouvrira de belles perspectives de premières mondiales et de commercialisation."

Auteur: Internet

Info: Sur http:wwwcea. Fr, Mars 2022. Elle obtient une bourse pour développer des mémoires à l'échelle nanométrique inspirées du système nerveux des insectes

[ épigénétique ] [ logique floue ] [ homme-animal ] [ heuristique ]

neuroscience

On sait enfin pourquoi le cerveau consomme autant d'énergie

La faute a des petites pompes "cachées". 

Les scientifiques le savent: le cerveau humain est une véritable machine insatiable en énergie. Au total, il en engloutit jusqu'à 10 fois plus que le reste du corps. Et même lorsque nous nous reposons, 20% de notre consommation de carburant est directement utilisé pour son fonctionnement. Un phénomène inexpliqué sur lequel nombre de scientifiques se sont cassés les dents. Jusqu'à aujourd'hui.

Publiée dans la revue Science Advances, une nouvelle étude explique l'origine du processus. Un processus qui se déroule dans ce que l'on appelle les vésicules synaptiques.

Entre deux neurones se trouve une synapse, zone qui assure la transmission des informations entre ces deux cellules nerveuses. Quand un signal est envoyé d'un neurone à un autre, un groupe de vésicules aspire les neurotransmetteurs à l'intérieur du premier neurone, au bout de sa queue. Le message est ainsi bien enveloppé, comme une lettre prête à être postée.

L'information est ensuite amenée jusqu'au bord du neurone, où elles fusionne avec la membrane, avant de relâcher les neurotransmetteurs dans la fameuse synapse. Dans cette zone, les neurotransmetteurs finissent leur course en entrant en contact avec les récepteurs du deuxième neurone. Et hop! Le message est passé.

Facile direz-vous. Certes, mais tout ceci nécessite beaucoup d'énergie cérébrale, ont découvert les scientifiques. Et ce, que le cerveau soit pleinement actif ou non.

En effectuant plusieurs expériences sur les terminaisons nerveuses, les membres de l'étude ont observé le comportement de la synapse lorsqu'elle est active ou non. Résultat: même quand les terminaisons nerveuses ne sont pas stimulées, les vésicules synaptiques, elles, ont toujours besoin de carburant. La faute à une sorte de petite pompe "cachée" qui est notamment en charge de pousser les protons hors de la vésicule. Chargée de pousser les protons hors de la vésicule et d'aspirer ainsi les neurotransmetteurs elle ne semble jamais se reposer et a donc besoin d'un flux constant d'énergie. En fait, cette pompe "cachée" est responsable de la moitié de la consommation métabolique de la synapse au repos.

Selon les chercheurs, cela s'explique par le fait que cette pompe a tendance à avoir des fuites. Ainsi, les vésicules synaptiques déversent constamment des protons via leurs pompes, même si elles sont déjà pleines de neurotransmetteurs et si le neurone est inactif.

Étant donné le grand nombre de synapses dans le cerveau humain et la présence de centaines de vésicules synaptiques à chacune de ces terminaisons nerveuses, ce coût métabolique caché, qui consiste à conserver les synapses dans un état de "disponibilité", se fait au prix d'une importante dépense d'énergie présynaptique et de carburant, ce qui contribue probablement de manière significative aux exigences métaboliques du cerveau et à sa vulnérabilité métabolique", concluent les auteurs.

Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer comment les différents types de neurones peuvent être affectés par des charges métaboliques aussi élevées, car ils ne réagissent pas tous de la même manière.

Certains neurones du cerveau, par exemple, peuvent être plus vulnérables à la perte d'énergie, et comprendre pourquoi pourrait nous permettre de préserver ces messagers, même lorsqu'ils sont privés d'oxygène ou de sucre.

"Ces résultats nous aident à mieux comprendre pourquoi le cerveau humain est si vulnérable à l'interruption ou à l'affaiblissement de son approvisionnement en carburant", explique le biochimiste Timothy Ryan, de la clinique Weill Cornell Medicine à New York.

"Si nous avions un moyen de diminuer en toute sécurité cette fuite d'énergie et donc de ralentir le métabolisme cérébral, cela pourrait avoir un impact clinique très important." 

Auteur: Internet

Info: Science Advances, 3 déc 2021

[ cervelle énergivore ]

cosmos miroir

Le cerveau humain ressemble étrangement à l'Univers

Des chercheurs ont comparé la structure de l'Univers à celle du réseau neuronal. Proportions, fluctuations de la matière, connexions entre les étoiles et les neurones... Ils ont constaté des similitudes troublantes entre les deux... malgré des échelles distantes d'années-lumière !

Comparer le cerveau humain, qui mesure en moyenne 1.500 cm3 et pèse 1,4 kg, avec l'Univers, estimé à plus de 880.000 milliards de milliards de kilomètres de diamètre, peut sembler quelque peu incongru. C'est pourtant l'exercice auquel se sont essayés deux chercheurs dans un article publié dans la revue Frontiers in Physics. Aussi étonnant que cela puisse paraître, ils ont découvert des similitudes troublantes entre les deux structures. "Bien que les interactions physiques dans les deux systèmes soient complètement différentes, leur observation au moyen de techniques microscopiques et télescopiques permet de saisir une morphologie analogue fascinante, au point qu'il a souvent été noté que la toile cosmique et la toile des neurones se ressemblent", écrivent l'astrophysicien Franco Vazza et le neurobiologiste Alberto Feletti.

70 % de masse "inutile"

Les similitudes sont d'abord notables au niveau des proportions. Le cerveau contient 86 milliards de neurones, reliés par des millions de milliards de synapses. L'Univers observable est formé d'au moins 100 milliards de galaxies, arrangées elles aussi en longs filaments et en nœuds. Dans les deux systèmes, 75 % de la masse a un rôle "passif" : l'eau dans le cas du cerveau, l’énergie noire dans le cas de l’Univers.

Partant de ce constat troublant, les chercheurs ont poursuivi leur comparaison plus loin, en cherchant à observer comment les fluctuations de la matière se dispersent à des échelles aussi différentes. Ils ont pour cela fait appel à une analyse de la densité spectrale de puissance, une technique souvent utilisée en cosmologie pour étudier la distribution spatiale des galaxies. "Notre analyse montre que la distribution des fluctuations au sein du réseau neuronal du cervelet sur une échelle allant de 1 micromètre à 0,1 millimètre suit la même progression de la distribution de la matière dans la toile cosmique mais, bien sûr, à une échelle plus grande qui va de 5 millions à 500 millions d'années-lumière", atteste Franco Vazza.

(Sur l'article original on voit deux photos, une section du cervelet grossie 40x à côté d'une simulation cosmologique de l’Univers - portion de 300 millions d’années - produite par l'Université de Bologne.)

Deux réseaux qui partagent les mêmes structures de connexions

Les deux chercheurs ont également comparé d'autres paramètres, comme le nombre de connexions dans chaque nœud et la tendance à recouper plusieurs connexions dans les nœuds centraux du système. "Une fois de plus, les paramètres structurels ont permis d'identifier des niveaux de concordance inattendus", révèle Alberto Feletti. Les chercheurs se sont aussi amusés à quantifier les informations stockables par chaque système. Sachant que chaque synapse peut contenir 4,7 bits de données, on estime que le cerveau humain est capable de stocker 2,5 petabytes de mémoire. Pour l'Univers, il a été calculé qu'il faudrait 4,3 petabytes de mémoire pour stocker toutes les informations des structures cosmiques observables. Là encore, les ordres de grandeur sont les mêmes.

"Il est probable que la connectivité au sein des deux réseaux évolue selon des principes physiques similaires, malgré la différence frappante et évidente entre les puissances physiques régulant les galaxies et les neurones", souligne Alberto Feletti. Bien entendu, il existe aussi des différences notoires entre les deux systèmes. On sait par exemple que l'Univers est en expansion et se réchauffe, ce qui n'est (heureusement) pas le cas du cerveau. De plus, cette comparaison est basée sur des simplifications majeures. Il n'en reste pas moins que l'expression "avoir la tête dans les étoiles" prend tout son sens à la lecture de cette étude.

Auteur: Internet

Info: Céline Deluzarche, journaliste, https://www.futura-sciences.com, le 19/11/2020

[ monde anthropo-solipsiste ] [ réalité consensuelle ]